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High-sensitivity measurement of liquid properties with a pipe structure sensor using multiple roundtrips of shear acoustic wave

Research Project

Project/Area Number 18K13766
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionDoshisha University (2019)
Nagoya Institute of Technology (2018)

Principal Investigator

Takayanagi Shinji  同志社大学, 生命医科学部, 助教 (00735326)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords圧電デバイス / 酸化亜鉛薄膜 / 曲面成膜 / 弾性波 / 表面波 / 横波型 / 横波型弾性波 / 圧電薄膜 / 周回波 / 粘度センサ
Outline of Final Research Achievements

When a liquid contacts with a solid surface on which an acoustic wave is propagating, the acoustic-wave velocity and amplitude change due to the liquid characteristics such as a viscosity. Therefore, the characteristics of the liquid loaded onto the propagation path can be measured by the velocity and amplitude change. In this study, pipe structure sensors using shear horizontal (SH) acoustic wave roundtrips which leak little to the liquid were fabricated. First, the wave propagation simulation of c-axis parallel oriented ZnO film/silica glass substrate structure was performed. From the results, a pipe sensor with a diameter of 20 mm was prepared. The amplitude change due to the viscosity of the liquid was observed by the measurements of the wave propagation and liquid loading characteristics. Furthermore, the fabrication of a pipe sensor with a diameter of 6 mm was examined to miniaturize the pipe sensor.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

弾性波センサの感度は液体が接触した領域の長さで決まる。そのため、従来の平面上で直線的に弾性波を送受波するセンサに対し、パイプセンサではパイプ側面を弾性波が周回することで、小型でもセンサ領域の長い高感度なセンサを実現できる。さらに、パイプ内側にも伝搬する弾性波を用いると、パイプ内部の液体粘度を測定することができる。したがって、6mmパイプなど実験配管で広く利用される規格サイズのセンサを作製できれば、市販の石英パイプ用配管部品を使って液体流路にそのまま組み込める。また、石英ガラスパイプは耐久性、耐薬品性にも優れている。以上より、本研究のパイプセンサは新たな液体用センサとして期待できる。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Improvement of C-Axis parallel orientation of ZnO film on silica glass pipes with various diameters for SH-SAW pipe sensor2019

    • Author(s)
      T. Wakabayashi, S. Takayanagi, Y. Takamura, M. Matsukawa, and T. Yanagitani
    • Journal Title

      Proc. IEEE Ultrason. Symp.

      Volume: 1 Pages: 671-674

    • DOI

      10.1109/ultsym.2019.8925796

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ZnO薄膜を用いた厚みすべりモード共振子の作製と液体負荷時の周波数特性2019

    • Author(s)
      宮田 昌哉、高柳 真司、松川 真美、柳谷 隆彦
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告(IEICE technical report)

      Volume: 119 Pages: 33-37

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] 石英ガラス管全面へのc軸平行配向ZnO薄膜の成膜2018

    • Author(s)
      篁 佑太、高柳 真司、松川 真美、柳谷 隆彦
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告(IEICE technical report)

      Volume: 118 Pages: 25-30

    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 熱処理によるc軸平行配向ZnO膜のすべりモード電気機械結合係数の向上2020

    • Author(s)
      紀本 佳苗、高柳 真司、柳谷 隆彦
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Improvement of c-Axis Parallel Orientaition of ZnO film on Silica Glass Pipes with Various Diameters for SH-SAW Pipe Sensor2019

    • Author(s)
      Wakabayashi Takuya、Takayanagi Shinji、Matukawa Mami、Takamura Yuta、Yanagitani Takahiko
    • Organizer
      2019 IEEE International Ultrasonics Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ZnO薄膜を用いた厚みすべりモード共振子の作製と液体負荷時の周波数特性2019

    • Author(s)
      宮田 昌哉、高柳 真司、松川 真美、柳谷 隆彦
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
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  • [Presentation] 石英ガラス管全面へのc軸平行配向ZnO薄膜の成膜2018

    • Author(s)
      篁 佑太、高柳 真司、松川 真美、柳谷 隆彦
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] SH型SAWパイプセンサの作製に向けた石英ガラス管へのc軸平行配向ZnO膜の形成2018

    • Author(s)
      篁 佑太、高柳 真司、松川 真美、柳谷 隆彦
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Remarks] 同志社大学 研究者データベース

    • URL

      https://kendb.doshisha.ac.jp/profile/ja.5b17e6886f96b1f4.html

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  • [Remarks] 同志社大学 生命医科学部 超音波エレクトロニクス・生体計測研究室

    • URL

      https://ultrason.doshisha.ac.jp/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋工業大学 研究者データベース

    • URL

      http://researcher.nitech.ac.jp/html/100000543_ja.html?l=ja&k=%E9%AB%98%E6%9F%B3&o=title&p=1

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URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-02-19  

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